CN107465442A

CN107465442A - 多天线装置的控制方法与模块

Info

Publication number: CN107465442A
Application number: CN201710646163.0A
Authority: CN
Inventors: 李铭佳; 颜红方; 李荣耀
Original assignee: Changshu Hongbo Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Changshu Hongbo Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: CN107465442B

Abstract

一种多天线装置的控制方法与模块，包括：由无线传送装置传送无线封包至多天线装置的复数个天线；多天线装置的效能优化单元依序地选择复数个天线中的其中一个天线连接多天线装置的无线芯片；效能优化单元选择与具有最大值的接收数据率对应的一个天线作为指定接收天线，选择与具有次大值的接收数据率对应的另一天线作为待命接收天线；效能优化单元在一传输周期内以指定接收天线接收无线封包，传输周期之中***至少一测试区间段，在该测试区间段利用待命接收天线取代指定接收天线接收来自于无线封包。能在不必逐一迁就于诸如无线通讯标准及通讯协议之类的繁复规范的情况下以低的成本及多天线装置实现动态提升无线封包的接收数据率的效果。

Description

多天线装置的控制方法与模块

技术领域

本发明属于无线传输技术领域，具体涉及一种多天线装置的控制方法，并且还涉及该多天线装置的控制模块。

背景技术

创造具有高速传输能力的无线网络与行动通讯设备（也称“移动通讯设备”，以下同）是相关产业矢志不渝的追求目标，同时各种无线传输标准的演进对提高数据传输率(简称数据率〈data rate〉)起着持续推进作用，例如在现行无线局域网络(WLAN)的IEEE802.11标准中，从早期802.11a标准的最大原始数据传输率为54Mbps，演进到目前已广泛被使用的802.11ac标准已将单信道速率提高到至少500Mbps。在行动通讯方面，未来热门的第五代行动通讯***(5G)其标准更是定义了1Gbps的惊人数据传输速率的要求目标。

然而，无线传输标准的制定不但需要具有足够运算处理能力的数字芯片执行信号编码与译码，更需要对应提升的射频电路配合足够频宽与高效率的天线(或天线***)。实际上，无线产品供货商所能够提供的无线产品的实际数据传输率上限不仅受限于各种射频组件、模拟模块以及数字模块各自的效能限制，更有一大部分的原因是受限于的所有组件与模块硬件配合于软件算法的整合度。传统上，在无线传输过程中，由于无线数据传输率的增加或减少是由无线芯片(wireless chip)决定的，因而射频组件与天线组件处于被动的地位，没有任何掌控权。但仅由无线芯片的角度寻找提升数据传输率的解决方案仍是有诸多限制的，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种多天线装置的控制方法与模块，利用在无线芯片外部以效能优化单元实现的多天线***的算法取代传统上仅靠无线芯片分析讯号强度的方式而藉以使多天线装置实现动态提升无线封包的接收数据率的效果。

本发明的任务是这样来完成的，一种多天线装置的控制方法，用于一无线传送装置与所述多天线装置两者之间无线传输数据，所述方法包括：

由所述无线传送装置传送无线封包至多天线装置的复数个天线；

多天线装置的效能优化单元依序地选择复数个天线中的其中一个天线连接多天线装置的一无线芯片，以依序地从所述无线芯片获得对应于所述复数个天线中的每一个天线的一接收数据率；

所述效能优化单元选择与具有最大值的所述接收数据率所对应的所述复数个天线中的其中一个天线作为一指定接收天线，且选择与具有次大值的所述接收数据率所对应的所述复数个天线中的另一个天线作为一待命接收天线；

所述效能优化单元在一传输周期内以所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包，并且在所述传输周期之中***至少一测试区间段，并在该测试区间段利用所述待命接收天线取代所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包，其中所述测试区间段的时间长度短于所述的传输周期，且测试区间段的时间长度小于一无碍测试时间；以及

所述效能优化单元判断在所述测试区间段的所述接收数据率是否大于在所述传输周期内的所述接收数据率，且当在所述测试区间段的所述接收数据率大于在所述传输周期内的接收数据率时，所述效能优化单元将所述待命接收天线指定为更新后的所述指定接收天线。

在本发明的一个具体的实施例中，所述效能优化单元依据所述多天线装置所接收的所述无线封包的流量状况以决定所述无碍测试时间。

在本发明的另一个具体的实施例中，当所述测试区间段的所述接收数据率低于一无碍门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间，或者当所述测试区间段的所述接收数据率低于所述传输周期内的所述接收数据率的差值超过一差异门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述效能优化单元将所述待命接收天线指定为更新后的所述指定接收天线后，以更新后的所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包。

在本发明的还有一个具体的实施例中，当在所述测试区间段的所述接收数据率小于在所述传输周期内的所述接收数据率时，所述效能优化单元维持原先的所述指定接收天线作为更新后的所述指定接收天线，以接收来自于所述无线传送装置的无线封包。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种多天线装置的控制模块，用以安装于所述多天线装置，所述控制模块包括：

复数个天线，用以接收来自于一无线传送装置的无线封包；以及

一效能优化单元，该效能优化单元依序地选择多天线装置的复数个天线中的其中一个天线连接多天线装置的一无线芯片并依序地从该无线芯片获得对应于复数个天线中的每一个天线的一接收数据率，该效能优化单元包括：

一微处理器；

一天线控制器，该天线控制器与所述微处理器连接并且连接于所述复数个天线与所述无线芯片之间；以及

一应用程序，控制所述微处理器产生用于对所述天线控制器控制的一控制讯号；

其中，所述效能优化单元选择与具有最大值的所述接收数据率所对应的所述复数个天线中的其中一个天线作为一指定接收天线，且选择与具有次大值的所述接收数据率所对应的所述复数个天线中的另一个天线作为一待命接收天线；

其中，所述效能优化单元在一传输周期内以所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包，并且在所述传输周期之中***至少一测试区间段，并在该测试区间段利用所述待命接收天线取代所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包，其中所述测试区间段的时间长度短于所述的传输周期，且测试区间段的时间长度小于一无碍测试时间；

其中，所述效能优化单元判断在所述测试区间段的所述接收数据率是否大于在所述传输周期内的所述接收数据率，且当在所述测试区间段的所述接收数据率大于在所述传输周期内的接收数据率时，所述效能优化单元将所述待命接收天线指定为更新后的所述指定接收天线。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述微处理器与所述天线控制器设置于一天线控制电路板。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述效能优化单元依据所述多天线装置所接收的所述无线封包的流量状况以决定所述无碍测试时间。

在本发明的进而一个具体的实施例中，当所述测试区间段的所述接收数据率低于一无碍门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间，或者当所述测试区间段的所述接收数据率低于该传输周期内的所述接收数据率的差值超过一差异门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述多天线装置为笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能型手机。

本发明提供的的技术方案的技术效果在于：能利用在无线芯片外部以效能优化单元实现的多天线***的算法取代传统的仅靠无线芯片分析讯号强度的方式，并且在不妨碍原本正常传输数据（无线封包）效率的情况下，利用在传输数据（无线封包）的过程中***待命接收天线的至少一个工作区间（测试区间段），以尝试判读出相比于目前设定的指定接收天线更好的接收天线，从而能在不必逐一迁就于诸如无线通讯标准以及通讯协议之类的繁复规范的情况下以相当低的成本及多天线装置实现动态提升无线封包的接收数据率的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多天线装置的控制方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的多天线装置的控制模块的方块图。

图中，S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170：步骤

100：多天线装置

1：控制模块

200：无线传送装置

11a、11b…、11n：天线

12：效能优化单元

101：无线芯片

121：微处理器

122：天线控制器

123：应用层

123a：应用程序

124：天线控制电路板。

具体实施方式

本发明实施例并不限定多天线装置与无线传送装置之间的无线传输所使用无线标准的种类，例如可应用于IEEE 802.11标准，或是长期演进技术标准(LTE)，或是未来的第五代行动通讯标准(5G)。本发明实施例所提及的无线传送装置与多天线装置依据应用情况有多种实施形式，无线传送装置与多天线装置可以是相同的无线装置，也可以是不相同的无线装置。无线传送装置例如但不限于是笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能型手机，而多天线装置例如但不限于是笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能型手机。

请参照图1，图1是本发明实施例提供的多天线装置的控制方法的流程图。多天线装置的控制方法用于无线传送装置与多天线装置两者之间无线传输数据，在本实施例中是叙述多天线装置作为接收方，而无线传送装置作为传送方，但实际应用于产品时多天线装置通常也具有无线传送能力，也就是多天线装置具有复数个天线负责收发无线讯号，并且也具有无线芯片(包括射频收发机、模拟数字转换器、数字模拟转换器、数字讯号处理器等以实现无线讯号的相关解调、调变、编码、译码功能)。并且，多天线装置具有独立于无线芯片之外的效能优化单元。

前述多天线装置的控制方法包括以下步骤：步骤S110，由无线传送装置传送无线封包至多天线装置的复数个天线；接着，在步骤S120中，多天线装置的效能优化单元依序地选择复数个天线中的其中之一（即其中一个天线）连接多天线装置的无线芯片，以依序地从所述无线芯片获得对应于所述复数个天线中的每一个天线的接收数据率；然后，在步骤S130中，所述效能优化单元选择与具有最大值的所述接收数据率所对应的所述复数个天线中的其中一个天线作为指定接收天线，且选择与具有次大值的所述接收数据率所对应的天线（即复数个天线中的另一个天线）作为待命接收天线；接着，在步骤S140中，效能优化单元在传输周期内以所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包，并且在所述的传输周期之中***至少一个测试区间段，并在测试区间段利用前述待命接收天线取代前述指定接收天线接收来自于前述无线传送装置的无线封包，其中，所述测试区间段的时间长度短于所述的传输周期，且测试区间段的时间长度不大于（即小于）无碍测试时间。接着，在步骤S150中，前述效能优化单元判断在前述测试区间段的前述接收数据率是否大于在前述传输周期内的所述接收数据率，且当在测试区间段的接收数据率大于在传输周期内的接收数据率时，进行步骤S160，效能优化单元将前述的待命接收天线指定为更新后的前述指定接收天线，并以更新后的指定接收天线接收来自于无线传送装置的无线封包。反之，当在测试区间段的接收数据率非大于（即小于）在传输周期内的接收数据率时，进行步骤S170，效能优化单元维持原先的指定接收天线作为更新后的指定接收天线，以接收来自于无线传送装置的无线封包。事实上步骤S170并未改变对指定接收天线的选择，保持不变。步骤S160与步骤S170是使用更新后的指定接收天线接收来自于无线传送装置的无线封包，并且接收数据率会等于或大于在步骤S140中的接收数据率，以实现优化。

接着，若要实现循环性的动态优化，以图1所示的流程为例(但不限于此)，在步骤S160与步骤S170之后都再回到步骤S130，判断指定接收天线与待命接收天线，然后(步骤S140)继续在下一个传输周期内以更新后的指定接收天线接收来自于无线传送装置的无线封包，然后，接续着步骤S150、S160和S170之后又回到步骤S130以进行周期循环。如此，可以在每一个周期循环动态地更新所设定的指定接收天线，使多天线装置在接收无线封包的过程中可在无线传输的外在环境改变时快速地因应选择最佳的接收天线，并且保持着有一个待命接收天线做备选。

在另一实施例中，不同于图1的循环流程，说明实现循环性的动态优化的另一个例子，在步骤S160以待命接收天线取代原本的指定接收天线之后，由于并没有知道新的待命接收天线，故回到步骤S130；相对的，在步骤S170之后由于指定接收天线并没有改变，故步骤S170之后可以直接回到步骤S140，以继续侦测待命接收天线所能达到的接收数据率是否足以取代(接收数据率较大)原本的指定接收天线。在实际应用方面，为了达到算法处理负担最小、算法耗时最短、数据率变动幅度最小或者保持不低于一个数据率下限的非异常状态，可能因应实际需要而变更循环步骤之间的前后次序与关系，或者在本发明实施例的演算概念之下新增附属的演算机制。

在下面，申请人进一步说明各个步骤的细节与目的。步骤S110代表多天线装置的每一个天线都可接收无线封包，只是尚未决定哪一个天线的效能较好。步骤S120代表，多天线装置的无线芯片可判读当选择将任一个天线作为接收天线时可对应得到的接收数据率，基于每一个天线的设计可能不同，天线所在空间的环境差异，以及实际讯号来源方向、相位与强弱的差异(无经过反射而直接传输或经过一次或多次的反射)，使得每一个天线在作为接收天线时所达成的接收数据率经常是不相同的。接着，步骤S130是确定最佳的接收天线与次佳的接收天线，但由于收讯情况通常是随着时间而实时改变，已知的指定接收天线虽然是步骤S130当时的最佳接收天线(对应的接收数据率在所有天线中为最大)，但并未必是未来(例如下一个时间段：下一秒或下一个100毫秒(ms)或下一个10毫秒(ms))的最佳接收天线。本发明实施例利用已知的次佳接收天线(待命接收天线)作为未来指定接收天线的备选。

再者，进一步说明步骤S140。为了不影响正常数据传输，在代表正常传输的传输周期之中是依据步骤S130的结果执行传输，但在正常传输过程之中***一个不影响传输整体效能的测试区间段，尝试让无线芯片利用待命接收天线收到一些数据(封包)，并且让效能优化单元评价待命接收天线是否能够取代已知的指定接收天线。为了确保数据正常传输，接着说明关于步骤S140的测试区间段、传输周期与无碍测试时间。首先，关于传输周期，因为其是作为在修正(或更新)最佳的接收天线(指定接收天线)之前，以先前所设定的指定接收天线做正常传输的时间段，使得测试区间段的时间长度相比于正常传输的传输周期应该要短许多，无碍测试时间是测试区间段在时间长度方面所能允许的上限，而这个无碍测试时间可以是预设固定的，例如是10毫秒(ms)、20毫秒(ms)，或者是一个程序可变的。

在一实施例中，效能优化单元例如可以依据多天线装置所接收的无线封包的流量状况(traffic condition)以决定无碍测试时间。例如当流量状况是流量高峰时，无碍测试时间可能要有所减缩，因为执行测试的测试区间段(让待命接收天线接收封包)可能让接收数据率瞬间大幅降低(但并不是必然，必须依实机运作的整体效能而决定)，但在流量很少时则可以增加而并不会影响接收数据率的整体情况。作为一个范例，依据应用在无线局域网络(WLAN)的802.11a/b/g/n/ac等标准，随着流量状况的改变，无碍测试时间较佳的是介于5毫秒(ms)至50毫秒(ms)的范围，因此测试区间段的时间长度的是短于或等于这个上限值(上限值是5毫秒至50毫秒)。在实际应用时，依据所使用的通讯标准与协议，用于执行测试的测试区间段相比于用于正常传输的传输周期这两者的比率是可调整的(不需要是固定的)，在本实施例只需要一个很短的切换区间(即测试区间段)就能得到资料率的变化值，以作为优化依据。

在另一实施例，当测试区间段的接收数据率低于一个无碍门坎值时，效能优化单元则缩短无碍测试时间，或者当测试区间段的接收数据率低于传输周期内的接收数据率的差值超过一个差异门坎值时，效能优化单元则缩短无碍测试时间。考虑无碍门坎值的情况，设定测试区间段的待命接收天线所造成的接收数据率不可低于一个预期的下限，此下限作为无碍门坎值，例如为了保持高效率传输状态，希望让任何时间的接收数据率都不低于一个预期的下限(当然，若因环境因素让所有天线都无法达成高数据率，则任何一个天线所对应的接收数据率必然都下降是可预期的，而此并不是本发明要解决的问题)。另一方面，也可以为了不要让测试区间段的接收数据率低于传输周期内的接收数据率的差值超过一个差异门坎值，而对应定地缩短无碍测试时间。设定差异门坎值是不要让整个数据传输过程中的数据率瞬间变动幅度影响传输效能的整体表现。由以上所述，设定无碍门坎值或设定差异门坎值，例如用以避免数据串流产生堵塞或瞬间中断的现象。

再者，由于实际执行测试的测试区间段可以等于或短于所设定的无碍测试时间，而为了进一步确保高效能传输，可以例如设定测试区间段的时间长度是无碍测试时间的时间长度的二分之一、三分之二或四分之五，以建立安全边界(Margin)，更高标准地保证效能不劣化。接着，以控制模块实现前述实施例的控制方法的示范性实施例将于以下说明。

请参照图2，图2是本发明实施例提供的多天线控制装置及其多天线装置的控制模块的方块图。控制模块1用以安装于多天线装置100，控制模块1包括复数个天线11a、11b…、11n以及效能优化单元12。复数个天线11a、11b…、11n用以接收来自于无线传送装置200的无线封包。效能优化单元12依序地选择复数个天线11a、11b…、11n的其中之一连接多天线装置100的无线芯片101，以依序地从无线芯片101获得对应于每一个天线的接收数据率。所述效能优化单元12包括微处理器121、天线控制器122以及位于应用层123的应用程序123a。天线控制器122连接微处理器121，且连接于复数个天线11a、11b…、11n与无线芯片101之间。应用程序123a控制微处理器121产生控制讯号以控制天线控制器122。其中，效能优化单元12选择具有最大值的接收数据率所对应的天线作为指定接收天线，且选择具有次大值的接收数据率所对应的天线作为待命接收天线。其中，效能优化单元12在传输周期内以指定接收天线接收来自于无线传送装置200的无线封包，并且在传输周期之中***至少一个测试区间段，并在测试区间段利用待命接收天线取代指定接收天线接收来自于无线传送装置2的无线封包，其中测试区间段的时间长度短于传输周期，且测试区间段的时间长度不大于无碍测试时间。其中，效能优化单元12判断在测试区间段的接收数据率是否大于在传输周期内的接收数据率，且当在测试区间段的接收数据率大于在传输周期内的接收数据率时，效能优化单元12将待命接收天线指定为更新后的指定接收天线，以更新后的指定接收天线接收来自于无线传送装置的无线封包。

在图2实施例中，微处理器121与天线控制器122设置于天线控制电路板124。也就是，乘载有微处理器121与天线控制器122的天线控制电路板124可用模块化的方式安装于多天线装置之内，并作为天线11a、11b…、11n与无线芯片101的中介。而效能优化单元12的应用程序123a则可以储存在多天线装置100其操作***的韧体，也可以外挂程序或驱动程序的方式安装于多天线装置100的操作***。就产品应用而言，具有微处理器121与天线控制器122的天线控制电路板124较佳的为模块化设定，以通用地安装于各种机种的多天线装置，而可不受限于应用机种的差异，以让无线芯片101不需要针对各种多天线应用需求情况差异做修改设定，简易地节省了变更无线芯片101规格的高昂成本，并且设置于无线芯片101之外的天线控制权(微处理器121与应用程序123a)更在天线设计需要变更时提供的更大的设计弹性、方便地改变天线的控制方式，也能以更低的成本解决天线设计端的需求。并且，应用程序123a也可以由微处理器121获得天线控制器122对于天线11a、11b…、11n的控制状况，例如让研发人员或多天线装置100的使用者监看天线的选择结果与工作模式。

另外，相比于图2的实施例是多天线控制模块1将效能优化单元12的应用程序123a存于其中，在另一实施例中，若多天线装置100是由外部终端机(或监控设备)控制时，效能优化单元12的应用程序123a可以存于外部终端机(或监控设备)的应用层，并以软件监控方式控制多天线装置100的多天线控制模块1。

更进一步，在又一实施例中，参考图1实施例的方法所述，效能优化单元12可依据多天线装置100所接收的无线封包的流量状况以决定无碍测试时间。在又一实施例中，当测试区间段的接收数据率低于无碍门坎值时，效能优化单元12缩短无碍测试时间，或者当测试区间段的接收数据率低于传输周期内的接收数据率的差值超过差异门坎值时，效能优化单元12缩短无碍测试时间。

综上所述，本发明提供的技术方案弥补了已有技术中的缺憾，顺利地完成了发明任务，如实地兑现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。

Claims

1.一种多天线装置的控制方法，用于一无线传送装置与所述多天线装置两者之间无线传输数据，其特征在于所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的多天线装置的控制方法，其特征在于所述效能优化单元依据所述多天线装置所接收的所述无线封包的流量状况以决定所述无碍测试时间。

3.根据权利要求1所述的多天线装置的控制方法，其特征在于当所述测试区间段的所述接收数据率低于一无碍门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间，或者当所述测试区间段的所述接收数据率低于所述传输周期内的所述接收数据率的差值超过一差异门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间。

4.根据权利要求1所述的多天线装置的控制方法，其特征在于所述效能优化单元将所述待命接收天线指定为更新后的所述指定接收天线后，以更新后的所述指定接收天线接收来自于所述无线传送装置的无线封包。

5.根据权利要求1所述的多天线装置的控制方法，其特征在于当在所述测试区间段的所述接收数据率小于在所述传输周期内的所述接收数据率时，所述效能优化单元维持原先的所述指定接收天线作为更新后的所述指定接收天线，以接收来自于所述无线传送装置的无线封包。

6.一种如权利要求1所述的多天线装置的控制模块，用以安装于所述多天线装置，其特征在于所述控制模块包括：

一微处理器；

7.根据权利要求6所述的多天线装置的控制模块，其特征在于所述微处理器与所述天线控制器设置于一天线控制电路板。

8.根据权利要求6所述的多天线装置的控制模块，其特征在于所述效能优化单元依据所述多天线装置所接收的所述无线封包的流量状况以决定所述无碍测试时间。

9.根据权利要求6所述的多天线装置的控制模块，其特征在于当所述测试区间段的所述接收数据率低于一无碍门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间，或者当所述测试区间段的所述接收数据率低于该传输周期内的所述接收数据率的差值超过一差异门坎值时，所述效能优化单元缩短所述无碍测试时间。

10.根据权利要求6所述的多天线装置的控制模块，其特征在于所述多天线装置为笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能型手机。